Trung tâm NC&PT hội nhập KH&CN quốc tế giới thiệu bài viết nhan đề Mô hình triển vọng công nghệ năng lượng ( ETP) kết hợp phân tích cung và cầu năng lượng trong lĩnh vực công nghiệp
Mô hình triển vọng công nghệ năng lượng ( ETP) kết hợp phân tích cung và cầu năng lượng trong lĩnh vực công nghiệp
Theo mục đích của mô hình công nghiệp, lĩnh vực công nghiệp bao gồm các Phân loại Công nghiệp Tiêu chuẩn Quốc tế (ISIC) 7, 8, 10-18, 20-32 và 41-43, và Nhóm 099, bao gồm khai thác và khai thác đá (không bao gồm khai thác và chiết tác nhiên liệu), xây dựng và sản xuất. Sử dụng nguyên liệu hóa dầu và sử dụng năng lượng lò cao và lò luyện cốc cũng nằm trong ranh giới của ngành công nghiệp.
Ngành công nghiệp được lập mô hình bằng cách tiếp cận kết hợp: các mô hình giàu công nghệ cho năm phân ngành sử dụng nhiều năng lượng (sắt và thép, hóa chất và hóa dầu, xi măng, bột giấy và giấy và nhôm) kết hợp với mô hình mô phỏng thiết bị chuyển đổi liên ngành để bao gồm các phân ngành khác của ngành. Năm mô hình phân ngành giàu công nghệ đặc trưng cho hiệu suất năng lượng của các công nghệ quy trình ở cấp đơn vị quy trình, với phạm vi phủ sóng toàn cầu sử dụng 40 quốc gia và khu vực. Mô hình mô phỏng cho các phân ngành còn lại đặc trưng cho kho các thiết bị chuyển đổi chính (ví dụ: động cơ, thiết bị sưởi) được sử dụng để cung cấp các dịch vụ năng lượng khác nhau cần thiết trong quá trình sản xuất hàng nghìn vật liệu và sản phẩm.
Thông thường, sản xuất nguyên liệu thô không bao gồm trong ranh giới của các mô hình, ngoại trừ lĩnh vực sắt và thép, trong đó việc sử dụng năng lượng cho lò luyện cốc và lò cao được đề cập. Do sự phức tạp của lĩnh vực hóa chất và hóa dầu, chi tiết công nghệ của mô hình phụ tập trung vào năm sản phẩm đại diện cho khoảng một nửa mức sử dụng năng lượng của ngành: ethylene, propylene, amoniac, methanol, benzen, toluen và xylen. Mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng trong công nghiệp còn lại được tính trong một mô hình mô phỏng ước tính mức tiêu thụ năng lượng dựa trên mức độ hoạt động.
Cấu trúc mô hình phân ngành sử dụng nhiều năng lượng
Đối với mỗi lĩnh vực trong số năm lĩnh vực cường độ năng lượng, khung mô hình bao gồm một loạt các mô-đun con tương tác và mô hình công nghệ lõi, mô hình sau của mô hình này được thực hiện trong khung mô hình TIMES. Mỗi mô-đun con bao gồm một mô hình hoạt động, một mô hình cổ phiếu và một mô hình năng lực. Nhu cầu về nguyên vật liệu được dự báo thông qua sự tương tác giữa mô hình hoạt động và mô hình kho. Mô hình hoạt động sử dụng dữ liệu lịch sử cấp quốc gia về mức tiêu thụ vật chất để tính toán nhu cầu trên đầu người, sau đó dự báo tổng cầu bằng cách sử dụng dự báo dân số và dự báo giá trị gia tăng của ngành. Các dự báo về giá trị gia tăng của ngành cho biết tốc độ tăng nhu cầu trên đầu người.
Kết quả của mô hình hoạt động dựa trên dự báo nhu cầu đưa vào mô hình tồn kho, sử dụng đầu vào nhu cầu nguyên vật liệu từ dưới lên từ các tòa nhà ETP, mô hình vận tải và cung cấp và các giả định bổ sung về các sản phẩm cuối cùng và vòng đời khác để tính toán mức tăng trưởng ngụ ý của kho nguyên vật liệu. Đến lượt mình, độ bão hòa nguồn cung trong mô hình dự trữ thông báo mức độ bão hòa của nhu cầu nguyên vật liệu bình quân đầu người trong mô hình hoạt động thông qua một loạt các lần lặp lại. Các chiến lược hiệu quả vật liệu xảy ra trong các lĩnh vực sử dụng cuối khác (ví dụ như xây dựng kéo dài tuổi thọ, trọng lượng xe nhẹ) được đưa vào mô hình dự trữ thông qua ước tính nhu cầu từ dưới lên, trong khi các chiến lược hiệu quả vật liệu trong ranh giới ngành (ví dụ: cải thiện năng suất sản xuất, tái sử dụng trực tiếp và tái chế) được mô hình hóa trong mô hình kho. Những chiến lược này dẫn đến giảm nhu cầu nguyên vật liệu, được đưa vào mô hình hoạt động thông qua hệ số hiệu quả nguyên liệu. Dự báo hoạt động kết quả từ mô hình hoạt động và lượng phế liệu sẵn có từ nguồn cấp dữ liệu của mô hình kho thành mô hình công nghệ chính.
Thương mại vật chất giữa các vùng mô hình không được mô hình hóa nội sinh trong mô hình công nghệ, mà được phản ánh trong các dự báo hoạt động được phát triển trong các mô hình hoạt động và kho hàng. Ngoài các trường hợp cụ thể mà các chính sách đã công bố hoặc các tín hiệu giá năng lượng dự kiến cung cấp bằng chứng liên quan ngược lại, các mô hình thương mại trong sản xuất và tiêu dùng vật chất được dự báo sẽ tuân theo các xu hướng hiện tại.
Mô hình công suất chứa dữ liệu về việc bổ sung và trang bị thêm công suất nhà máy trong lịch sử và theo kế hoạch theo loại nhà máy. Sử dụng các giả định về chu kỳ đầu tư, nó tính toán việc tân trang và lúc nghỉ của nhà máy. Dung lượng còn lại kết quả thông báo cho mô hình công nghệ chính. Mô hình công suất cũng cung cấp các dự báo về tuổi trung bình của nhà máy tại một thời điểm nhất định.
Mô hình công nghệ chính của mỗi lĩnh vực bao gồm mô tả chi tiết các công nghệ quy trình cần thiết cho các tuyến sản xuất liên quan. Danh mục công nghệ và sử dụng năng lượng cho mỗi quốc gia hoặc khu vực được xác định trong năm gốc sử dụng các số liệu thống kê về sử dụng năng lượng và sản xuất vật liệu có liên quan. Trong suốt quá trình mô hình hóa, nhu cầu về vật liệu (như được quy định bởi kết quả đầu ra của mô hình hoạt động) được đáp ứng bởi các công nghệ và nhiên liệu được lựa chọn thông qua một khung tối ưu hóa có giới hạn, với hàm mục tiêu được đặt để giảm thiểu chi phí tổng thể của hệ thống. Chi phí hệ thống bao gồm chi phí năng lượng và đầu tư.
Những thay đổi trong công nghệ và hỗn hợp nhiên liệu, cũng như cải tiến hiệu suất, một phần được thúc đẩy bởi sự kết hợp của các giả định ngoại sinh về sự thâm nhập và hiệu suất năng lượng của các công nghệ hiện có tốt nhất, các hạn chế về sự sẵn có của nguyên liệu thô (chẳng hạn như sự sẵn có của phế liệu theo đầu ra của mô hình chứng khoán), các đặc điểm kinh tế kỹ thuật của các công nghệ và lộ trình quy trình sẵn có, và tiến bộ giả định về việc trình diễn các công nghệ đổi mới ở quy mô thương mại. Các kết quả nhạy cảm với các giả định về tốc độ quay vòng vốn vật chất (bao gồm cả việc loại bỏ công suất hiện có theo kết quả đầu ra của mô hình công suất) và về chi phí tương đối của các lựa chọn công nghệ và nhiên liệu khác nhau. Một kịch bản nhất định cũng có thể phải chịu CO 2quỹ đạo phát xạ mà mô hình phải tuân theo. Đầu ra của mô hình bao gồm tiêu thụ năng lượng, phát thải CO 2 , chia sẻ công nghệ và yêu cầu đầu tư.
Ranh giới đầu tư
Các ranh giới cho báo cáo đầu tư bao gồm chi tiêu vốn (CAPEX), và chi phí kỹ thuật, mua sắm và xây dựng. Đối với công nghệ thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS), chi phí vận chuyển và lưu trữ CO 2 cũng được bao gồm. Đối với hiệu quả sử dụng nguyên liệu, các khoản đầu tư trong kịch bản tham vọng nhất được tính bằng chênh lệch với kịch bản cơ sở, dựa trên dữ liệu về chi phí giảm thiểu CO 2 cho các chiến lược hiệu quả nguyên liệu được chuyển đổi thành chi phí tiết kiệm nguyên liệu. Chi phí vận hành và bảo trì cố định (OPEX) không được bao gồm trong các khoản đầu tư được báo cáo, mặc dù chúng được xem xét trong bối cảnh đặc điểm kinh tế của các công nghệ trong mô hình.
Dữ liệu đầu vào
Dữ liệu đầu vào cho mô hình đến từ nhiều nguồn khác nhau. Các nguồn cung cấp cho sản xuất và tiêu thụ trong quá khứ bao gồm Hiệp hội Thép Thế giới, Hiệp hội Phân bón Quốc tế, Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, Viện Nhôm Quốc tế và một số nguồn độc quyền. Dữ liệu về cường độ năng lượng của các quá trình đến từ nhiều nguồn khác nhau trong ngành (ví dụ: ấn phẩm Lấy đúng số do Hiệp hội Bê tông và Xi măng Toàn cầu giám sát), tài liệu học thuật và các mối liên hệ trong ngành. Tương tự như vậy, CAPEX và OPEX đến từ sự kết hợp giữa các nguồn công nghiệp và học thuật. Chi phí nhiên liệu dựa trên kết quả đầu ra của tín hiệu giá năng lượng từ mô hình Cung cấp ETP-TIMES.
Lĩnh vực tòa nhà được mô hình hóa bằng cách sử dụng một tập hợp các mô-đun kế toán chứng khoán mô phỏng toàn cầu, được chia thành các phân khu dân cư và phi dân cư theo mục đích sử dụng cuối cùng, loại nhiên liệu và công nghệ trên 35 quốc gia và / hoặc khu vực. Phân loại dân cư bao gồm tất cả các hoạt động sử dụng năng lượng trong các căn hộ và nhà ở, bao gồm sưởi ấm và làm mát không gian, sản xuất nước nóng sinh hoạt, nấu ăn, chiếu sáng và sử dụng các thiết bị và các thiết bị điện tử cắm điện khác. Phân loại phi nhà ở bao gồm các hoạt động liên quan đến thương mại, tài chính, bất động sản, hành chính công, y tế, thực phẩm và chỗ ở, giáo dục và các dịch vụ thương mại khác. Phân loại này còn được gọi là khu vực thương mại và dịch vụ công cộng. Nó bao gồm năng lượng được sử dụng để sưởi ấm không gian, làm mát không gian và thông gió; đun nước nóng; thắp sáng;
Cấu trúc mô hình
Đối với cả phân khu dân cư và phi dân cư, mô hình sử dụng các yếu tố thúc đẩy kinh tế xã hội, chẳng hạn như dân số, tổng sản phẩm quốc nội (GDP), thu nhập hộ gia đình (ước tính bằng tổng thu nhập quốc dân bình quân đầu người), tỷ lệ đô thị hóa và điện khí hóa, để dự đoán các chỉ số về nhu cầu năng lượng chính của tòa nhà, bao gồm diện tích sàn nhà ở và không phải nhà ở (tính bằng mét vuông [m²]), số hộ gia đình và quyền sở hữu thiết bị dân dụng (bao gồm máy điều hòa không khí, tủ lạnh, TV và các hàng hóa trắng khác). Trong chừng mực có thể, thống kê quốc gia được sử dụng cho diện tích sàn trước đây, số hộ gia đình và tỷ lệ sở hữu thiết bị. Những dữ liệu này có thể khó lấy, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, và phương pháp luận sau đây đã giúp lấp đầy khoảng trống dữ liệu và các biến số hoạt động của dự án theo quốc gia:
Khi các biến số hoạt động được ước tính theo quốc gia, một mô hình kế toán chứng khoán được sử dụng để ước tính cường độ năng lượng hữu ích trên các mục đích sử dụng cuối cùng của tòa nhà liên quan đến tỷ lệ công nghệ giả định và hiệu quả thiết bị so với cân bằng năng lượng của lĩnh vực tòa nhà IEA cho khu dân cư và không dân cư các ngành phụ. Những cường độ năng lượng hữu ích này (ví dụ nhu cầu sưởi ấm không gian trên một đơn vị diện tích sàn xét về dịch vụ năng lượng được cung cấp [tức là hữu ích]) sau đó được áp dụng cho các mục đích sử dụng cuối cùng của các tòa nhà cùng với các dự báo về diện tích sàn, hộ gia đình và quyền sở hữu thiết bị. Mô hình tính đến tuổi của các tòa nhà cũng như tác động của quá trình lão hóa hoặc tân trang lại các tòa nhà thông qua tỷ lệ xuống cấp và cải thiện tương ứng đối với cường độ năng lượng hữu ích. Những thay đổi về cường độ năng lượng hữu ích (ví dụ: do thu nhập hộ gia đình ngày càng tăng dẫn đến nhu cầu lớn hơn về tiện nghi nhiệt hoặc dịch vụ năng lượng) cũng được tính đến trong đầu vào của mô hình. Các xu hướng lịch sử, chỉ số cấp quốc gia và so sánh giữa các quốc gia được sử dụng để ước tính những thay đổi dự kiến này về cường độ năng lượng hữu ích theo thời gian.
Đối với mỗi nhu cầu năng lượng hữu ích có nguồn gốc, một bộ các lựa chọn công nghệ và nhiên liệu được trình bày trong mô hình, phản ánh các đặc điểm kinh tế – công nghệ hiện tại của chúng (ví dụ: hiệu quả và chi phí) cũng như tiềm năng cải tiến của chúng trong tương lai. Tùy thuộc vào kho công nghệ hiện tại cũng như các giả định về sự thâm nhập và thị phần của các công nghệ mới, mô hình lĩnh vực tòa nhà cho phép khám phá các chiến lược và kịch bản bao gồm các nhu cầu năng lượng hữu ích khác nhau để định lượng mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng và lượng khí thải CO 2 liên quan. trên toàn bộ mục đích sử dụng cuối cùng của các tòa nhà và 35 khu vực mô hình.
Các tính năng đặc biệt
Các mô-đun đặc biệt liên tục được thêm vào mô hình năng lượng xây dựng của IEA để nâng cao mức độ chi tiết đầu vào, cung cấp cơ sở lý luận cho các lựa chọn công nghệ hoặc bổ sung cho các khả năng của nó.
Kể từ năm 2017, mô hình đã sử dụng dữ liệu về khí hậu hàng năm, hàng tháng, hàng ngày và hàng giờ từ năm 1990 đến năm cơ sở từ 13 000 trạm thời tiết. Điều này được sử dụng chủ yếu để ước tính chính xác số ngày làm mát và gia nhiệt theo trọng số dân số ở mức độ chi tiết mong muốn và thông tin này là đầu vào trực tiếp cho mô hình. Dự báo nhiệt độ và độ ẩm từ các con đường nồng độ carbon đại diện 4,5 và 2,6 cũng được sử dụng để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đối với nhu cầu sưởi ấm và làm mát.
Việc xây dựng dựa trên dữ liệu khí hậu địa phương, lập bản đồ mật độ dân số và ước tính khu vực về nhu cầu năng lượng theo lĩnh vực sử dụng cuối cùng cung cấp cơ sở tốt để phân phối nhu cầu sưởi ấm và làm mát ở cấp địa phương và đánh giá các chiến lược triển khai công nghệ sạch. Ví dụ, việc đánh giá mật độ nhu cầu nóng và lạnh ở cấp thành phố hoặc cấp huyện là chìa khóa để đưa ra các phán đoán xác đáng về tiềm năng khử cacbon của các hệ thống năng lượng cấp huyện (cùng với các biến số khác như tỷ lệ năng lượng tái tạo có thể thay đổi trong hỗn hợp điện và sự sẵn có của các nguồn nhiệt thải). Dữ liệu dân số và khí hậu địa phương cũng được sử dụng để tính hiệu suất năng lượng của máy bơm nhiệt.
Một tính năng đặc biệt khác của mô hình năng lượng tòa nhà là định lượng nhu cầu xi măng và thép cho việc xây dựng và cải tạo các tòa nhà. Khung kế toán kho kết hợp với các nguồn dữ liệu khác về cường độ vật liệu cho xây dựng, hoàn thiện nhà ở, khung kết cấu, chiều cao và các chỉ số khác cung cấp các đầu vào quan trọng để đánh giá xu hướng nhu cầu vật liệu. Việc áp dụng các chiến lược hiệu quả nguyên vật liệu khác nhau được liên kết với các mô-đun nhu cầu nguyên vật liệu của ngành. Các chiến lược bao gồm kéo dài thời gian tồn tại thông qua cải tiến bên trong kế toán kho hoặc hiệu quả của việc tối ưu hóa cấu trúc, đúc sẵn, số hóa và tái sử dụng hoặc giảm lãng phí trong mô-đun kế toán nguyên vật liệu.
Các giả định được sử dụng trong mô hình tòa nhà ETP được phát triển bằng cách sử dụng các chỉ số năng lượng được xây dựng dựa trên dữ liệu lịch sử có sẵn về xu hướng năng lượng và mức độ dịch vụ. Sự thiếu hụt trong dữ liệu năng lượng chi tiết hiện đang là một yếu tố hạn chế chính cho việc phát triển các chỉ số rất chi tiết trong lĩnh vực tòa nhà. Cân bằng năng lượng được tính trong Thống kê và Cân bằng Năng lượng Thế giới của IEA bao gồm việc sử dụng năng lượng dân dụng và phi dân cư theo loại nhiên liệu. Tuy nhiên, chúng không bao gồm tiêu thụ năng lượng theo mục đích sử dụng cuối cùng hoặc loại công nghệ, cũng như không cung cấp dữ liệu hoạt động của tòa nhà (ví dụ: diện tích sàn và số hộ gia đình) tạo thành mẫu số thiết yếu của bất kỳ chỉ số hiệu quả năng lượng hữu ích hoặc nhu cầu dịch vụ nào. Cần có thêm các chỉ số phân tách để thông báo các xu hướng từ dưới lên.
Vào năm 2009, các bộ trưởng của các nước thành viên IEA đã đồng ý với một bảng câu hỏi thường niên mới dành riêng cho vấn đề sử dụng năng lượng hiệu quả để nâng cao vị thế của mình. Kể từ đó, Ban thư ký IEA đã thu thập số liệu thống kê về mức tiêu thụ và hoạt động năng lượng cuối cùng của các tòa nhà trên cơ sở hàng năm. Những dữ liệu này được sử dụng để tập hợp các chỉ số tạo thành cơ sở cho việc đánh giá và mô hình hóa năng lượng liên quan đến các tòa nhà của IEA. Mặc dù đây là một bước tiến quan trọng, nhưng vẫn còn những vấn đề lớn liên quan đến việc thiếu dữ liệu và chất lượng dữ liệu, đặc biệt là đối với các nước không phải là thành viên, nơi phần lớn các tòa nhà tăng trưởng và nhu cầu năng lượng đang tăng lên.
Số liệu thống kê chính thức của quốc gia cũng được cập nhật thường xuyên và cung cấp thông tin có giá trị về xu hướng năng lượng xây dựng trong lịch sử. Cơ sở dữ liệu được xem xét hàng năm bao gồm StatsCan (cho Canada), RECS và CBECS (cho Hoa Kỳ), NBS (cho Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa), SEDLAC (cho Mỹ Latinh), Entranze, Enerdata và EC Europa (cho Châu Âu) . Song song đó, các tín hiệu chính sách thúc đẩy xu hướng sử dụng năng lượng hiệu quả được cập nhật thường xuyên để phản ánh các bổ sung trong Cơ sở dữ liệu chính sách của IEA . IEA cũng trao đổi dữ liệu với các hiệp hội ngành, viện nghiên cứu và các tổ chức chuyên ngành khác.
IEA cũng đã hợp tác chặt chẽ với các đối tác, đặc biệt là Đại học Thanh Hoa ở Trung Quốc và Ủy ban Năng lượng Quốc gia Canada, để cải thiện khả năng phân giải dữ liệu lịch sử và dự báo toàn cầu về các động lực thúc đẩy ngành tòa nhà chính thông qua các dự án hợp tác (ví dụ: Tương lai của Làm mát ở Trung Quốc , Hệ thống sưởi và Chiến lược làm mát ở Canada , v.v.). Chúng bao gồm, đáng chú ý là dự báo diện tích sàn và hộ gia đình, cường độ sưởi của tòa nhà theo độ tuổi, dự trữ thiết bị và ước tính quyền sở hữu thiết bị dân dụng trên máy điều hòa không khí và sáu danh mục thiết bị chính: tủ lạnh và tủ đông, máy giặt và máy sấy quần áo, máy rửa bát và TV.
Báo cáo đầu tư vào các tòa nhà bao gồm CAPEX và EPC. Xu hướng đầu tư sử dụng năng lượng hiệu quả được phản ánh thông qua việc đánh giá mức tăng chi tiêu tiết kiệm năng lượng. Đối với hiệu quả vật chất, các khoản đầu tư cho Kịch bản phát triển bền vững được tính toán bằng sự khác biệt giữa Kịch bản chính sách đã nêu và Kịch bản phát triển bền vững, dựa trên dữ liệu về chi phí giảm thiểu CO 2 cho các chiến lược hiệu quả vật chất được chuyển đổi thành chi phí để tiết kiệm nguyên liệu.
Trung tâm NC&PT hội nhập KH&CN quốc tế liên kết nguồn tin và dịch tại Cổng thông tin của Cơ quan năng lượng quốc tế IEA
https://www.iea.org/reports/energy-technology-perspectives-2020/etp-model#abstract
Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *
Bình luận
Tên *
Thư điện tử *
Trang web
